Pompy ciepła - podstawy

 

Pompy ciepła umożliwiają wykorzystanie zasobów energii naturalnej, której źródłem może być powietrze atmosferyczne, grunt, woda powierzchniowa lub podziemna. Urządzenia te pobierają energię cieplną ze źródła i przenoszą ją do budynku. Mają zastosowanie w klimatyzacji, systemach centralnego ogrzewania, ogrzewania podłogowego, służą do podgrzewania wody użytkowej.

 

Budowa i zasada działania

Głównymi częściami składowymi pompy ciepła są: sprężarka, parownik, skraplacz i zawór regulujący (dławiący). Zasada działania pompy ciepła podobna jest do działania chłodziarki, tyle że wykorzystanie energii jest odwrotne. Pompa ciepła stanowi zamknięty obieg chłodniczy wymuszony przez sprężarkę. I chłodziarka i pompa zawierają te same elementy: parownik, sprężarkę i skraplacz.

Parownik, który w lodówce zapewnia zimno, w pompie ciepła odpowiada za pobieranie energii ze źródła (którym może być np. woda gruntowa, grunt, powietrze lub instalacja słoneczna) i przekazywanie jej do czynnika roboczego (którym może być np. woda, roztwór glikolu). Sprężony przez sprężarkę czynnik roboczy przetłaczany jest między wymiennikami ciepła: parownikiem i skraplaczem, oddającym ciepło do instalacji. Maksymalna temperatura zasilania uzyskiwana za pomocą pompy ciepła jest określana przez producenta. Najczęściej wynosi 55°C, a w nowszych modelach, gdzie czynnikiem chłodniczym jest propan ok. 65°C. Istotnym parametrem pompy ciepła jest współczynnik wydajności grzejnej, określający miarę sprawności cieplnej urządzenia. Im jest on wyższy, tym wydajniej pracują urządzenia.

Producenci oferują pompy ciepła osiągające współczynnik wydajności grzejnej 4-5 nawet do 6. Oznacza to, że urządzenie o współczynniku 4 może przekształcić 25 kWh prądu (energia potrzebna do napędu pompy) na 100 KWh ciepła (zyskujemy więc ok. 3/4 energii, za którą nie płacimy). Zaletą pomp ciepła jest również duża żywotność i stała sprawność w skali roku. Współczynnik wydajności grzewczej zależy przede wszystkim od różnicy temperatur między źródłem ciepła, a odbiornikiem ciepła. Im ta różnica jest mniejsza, tym korzystniejsze jest zainstalowanie pompy ciepła.

 

Jakie wybrać źródło ciepła

• Wody gruntowe
  Mają względnie stałą temperaturę przez cały rok (od 8 do 12°C), dlatego stanowią bardzo dobre źródło ciepła dla pomp. Wody gruntowe można ochłodzić w parowniku o kilka stopni, np. od 10 do 5°C uzyskując 1000 kcal/h wydajności cieplnej (przy przetłoczeniu około 0,2 m3/h wody). Przed zainstalowaniem systemu konieczne jest uzyskanie zezwolenia z urzędu powiatowego na poprowadzenie przewodów do wód gruntowych, upewniając się wcześniej, czy dane ujęcie zapewni dostęp do potrzebnej ilości wody. Najkorzystniej jest, gdy mamy własną studnię i nie będziemy musieli wykonywać wierceń rozpoznawczych w gruncie (zwiększających koszty inwestycji).

• Grunt
  Pompy pobierające energię cieplną z gruntu osiągają współczynniki nieco mniejsze od pompy pobierającej ciepło z wód gruntowych. W tym przypadku temperatura zasilania nie powinna przekraczać 45°C. Korzystny jest grunt wilgotny, najlepiej gliniasty. Pod poziomem gruntu, na głębokości ok. 1 m instaluje się kolektory ziemne. Układając instalację w poziomie, konieczna jest działka o powierzchni zbliżonej do dwukrotności powierzchni ogrzewanej. Jeśli nie dysponujemy taką powierzchnią, lub gdy nie możemy pobierać ciepła z wód gruntowych, ze względu na ich zbyt niski poziom, możemy zainstalować rurowy wymiennik pionowy - sondę na głębokości 20-150 m. Niestety koszt wykonania odwiertu jest wysoki. Gdy sondy sięgają do poziomu wód gruntowych, wymagane jest zezwolenie z urzędu powiatowego. Możemy go nie uzyskać, jeśli instalacja będzie przechodziła przez dwa złoża wód gruntowych, które w ten sposób mogą ulec zanieczyszczeniu.

• Powietrze
  Jako źródło ciepła wskazane jest szczególnie przy małych instalacjach, przy temperaturze zasilania do 35°C. Warto wówczas zrobić dokładną analizę kosztów. Zaletą tego rozwiązania jest łatwy dostęp do źródła ciepła, wadą - niska temperatura w okresie największego zapotrzebowania na ciepło, czyli zimą. Powoduje to uzyskiwanie niskich współczynników wydajnosci grzewczej. Kłopotliwy może być również hałas oraz oblodzenie parownika, które powstaje przy temperaturach poniżej 5°C i wymaga regularnego odszraniania.

• Wody powierzchniowe
  Mają zmienne temperatury w zależności od pory roku, podobnie jak powietrze. Zimą temperatura wód powierzchniowych jest niska, dlatego współczynnik wydajności grzewczej pompy, wykorzystujących to źródło, jest niewielki. Ponadto istnieje niebezpieczeństwo oblodzenia parownika. Niektóre pompy ciepła można dodatkowo przełączać na funkcje chłodzenia w celu klimatyzowania pomieszczenia. Należy zwrócić uwagę na zakres temperatur, w których pompa może pracować. Producenci oferują najczęściej urządzenia pracujące w temperaturze do -5° lub -10°C, choć dostępne są również na rynku pompy pracujące w niższej temperaturze - ok. -20°C. W wyborze odpowiedniej pompy ciepła, można uwzględnić dodatkowe źródło ciepła, jakim może być kominek, kocioł lub ogrzewanie elektryczne. Przy zakupie pomp ciepła mamy możliwość skorzystania z preferencyjnego, częściowo umarzalnego kredytu (w BOŚ).

WSTĘP

XXI wiek przynosi nowe wyzwania w różnych dziedzinach życia, w tytułowych sposobach ogrzewania budynków także zachodzą znaczne zmiany. Lata dziewięćdziesiąte XX wieku to panowanie doprowadzonych do perfekcji technologii spalania ropopochodnych paliw płynnych i gazowych (Spalanie tak cennych surowców jest w pojęciu autorów tego opracowania zwyczajnym barbarzyństwem !). Obecnie przychodzi czas (i moda) na odnawialne źródła energii (OZE). Do OZE zaliczamy: kolektory słoneczne, kotły spalające biomasę, urządzenia wykorzystujące biopaliwa (drewno, oleje roślinne, bioalkohole, ...), elektrownie: wiatrowe, wodne, oraz urządzenia wykorzystujące energię wolnodostępną pompy ciepła. Pompy ciepła (mimo że prawie każdy posiada w domu takową - domowa lodówka) należą jeszcze do oryginalnych sposobów ogrzewania. Pierwsze (udane) próby wykorzystania pompy ciepła do ogrzewania miały miejsce na początku XIX wieku. Mimo szybkiego rozwoju podstaw teoretycznych i technologii produkcji pomp ciepła, nie weszły one wtedy do powszechnego użytku; na przeszkodzie stanęła nieograniczona jak wtedy sądzono obfitość i niska cena paliw kopalnych (węgla, gazu, ropy naftowej). Istota działania pompy ciepła polega na wykorzystaniu zasobów energii naturalnej, której źródłem może być powietrze atmosferyczne, grunt, wody powierzchniowe lub podziemne. Pompa ciepła (podnosi) pobiera energię cieplną z tych źródeł i przenosi ją do ogrzewanego obiektu. Pompy ciepła mają zastosowanie w klimatyzacji, systemach centralnego ogrzewania, ogrzewania podłogowego, służą do podgrzewania wody użytkowej. Budowa i zasada działania pompy ciepła podobna jest do działania domowej lodówki, z tą różnicą że “produktem” pompy ciepła jest przeważnie ciepło. Inaczej też optymalizuje się pracę pompy ciepła. Praca pompy ciepła w układzie grzewczym różni się nieco od pracy typowego kotła c.o. . Pomijając oczywisty brak komina to; maksymalna temperatura zasilania uzyskiwana za pomocą pompy ciepła wynosi najczęściej 55 °C (65°C) - zależy to od konstrukcji pompy ciepła. Drugą ważną cechą każdej pompy ciepła jest to że znakomitą większość energii dostarczanej do układu pobiera ona z tzw. dolnego źródła (DZ) (woda studzienna, z morza, ziemia, powietrze). Oczywiście najkorzystniej jest gdy pompa ciepła jak najwięcej ciepła pobiera z “darmowego” DZ, a jak najmniej energii z sieci elektrycznej. Bardzo ważny jest także optymalny dobór mocy pompy ciepła do konkretnego układu - szczególnie niekorzystne jest dobranie pompy ciepła o za wysokiej mocy. Stosunek energii dostarczonej do pobranej z sieci nazywany jest COP, jest to najważniejszy parametr pompy ciepła - określa miarę sprawności cieplnej urządzenia. Im jest on wyższy, tym wydajniej pracuje pompa ciepła. Współczynnik COP zależy prawie wyłącznie od różnicy temperatur; między którymi pompa ciepła “transportuje ciepło”. Pompa ciepła (podobnie jak winda w wieżowcu) zużyje blisko dwukrotnie mniej energii podnosząc ciepło z poziomu 10 °C na poziom 35 °C, niż z poziomu -5 °C na poziom 45 °C. Porównując parametry oferowanych na rynku pomp ciepła należy zawsze zwrócić uwagę na temperatury przy jakich dane wyniki są osiągane - przeważnie okaże się że osiągi różnych pomp ciepła sprowadzone do tych samych temperatur różnią się tylko nieznacznie! W typowych układach pracy pompy ciepła za zadowalające uważa się osiąganie wsp. COP = 3 przy ogrzewaniu c.w.u. do 50 °C i COP = 4,5 przy ogrzewaniu odbiornika o temp odbioru 35 °C. Można powiększyć wsp. COP nawet do 7, ale należy wtedy zapewnić stosunkowo wysoką temperaturę dolnego źródła (co nie zawsze jest możliwe i ekonomicznie uzasadnione), i jak najniższą temperaturę odbioru ciepła (co prawie zawsze jest możliwe). Na dalszych stronach przybliżymy problematykę doboru pomp ciepła ze szczególnym uwzględnieniem jak najbardziej ekonomicznego ich wykorzystania.

Nowoczesne urządzenia grzejne, wykorzystujące zjawisko przemian fazowych do pozyskiwania energii cieplnej z naturalnych źródeł niskotemperaturowych, takich jak grunt lub woda gruntowa. Pompy ciepła ECO są urządzeniami zbudowanymi w oparciu o podzespoły wiodących firm światowych z branży komponentów dla chłodnictwa i automatyki. Dzięki wbudowanemu cyfrowemu sterownikowi z autorskim oprogramowaniem, oraz braku konieczności dostarczania paliwa, pompy ciepła ECO są w pełni bezobsługowymi urządzeniami, pozwalającymi uzyskać optymalny komfort w ogrzewanym obiekcie. Te ekologiczne urządzenia są niezwykle tanim w eksploatacji źródłem ciepła. W zależności od rodzaju instalacji i parametrów pracy, z 1 kWh energii elektrycznej uzyskuje się od 4 kWh do 6 kWh energii cieplnej. Pompy ciepła "ECO" produkowane są w zakresie mocy znamionowych od 6 KW do 19 (22) kW. Dla większego zapotrzebowania mocy pompy ciepła "ECO" można łączyć ze sobą kaskadowo.
POMPY CIEPŁA "ECO" umożliwiają:

• ogrzewanie pomieszczeń

• przygotowanie ciepłej wody użytkowej

• ogrzewanie pomieszczeń ciepłym powietrzem

• odzysk ciepła odpadowego

• podgrzewanie wody w basenie

• podgrzewanie wody technologicznej

Pompy ciepła "ECO" dają się łatwo dostosowywać do różnych konfiguracji układów odbioru ciepła. Wynika to z zarówno z algorytmu oprogramowania sterownika jak i otwartej koncepcji budowy. Zmiana układu i systemu pracy jest dokonywana programowo na poziomie ustawień serwisowych sterownika. W pompach ciepła "ECO" uzyskano także łatwość podłączenia zewnętrznych urządzeń sterowanych z pompy ciepła: zastosowano wydzielone złącze sygnałów sterujących. Pompy ciepła "ECO" bardzo łatwo zintegrować z nietypowymi układami grzewczymi, zarówno od strony logicznej (sterowanie) jak i fizycznej (podłączenia elektryczne i hydrauliczne). System czasowych obniżeń temperatur w ciągu doby, zaimplementowany w programie sterownika pomp ciepła "ECO", pozwala na zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych (praca w czasie “drugiej taryfy”) oraz zwiększenie komfortu użytkowania, poprzez możliwość zaprogramowania temperatury ciepłej wody użytkowej i temperatury wewnętrznej. Obniżenia można programować w systemie dobowym, w dwóch strefach czasowych, oddzielnie dla dni roboczych, soboty i niedzieli.

Typoszereg pomp ciepła ECO skonstruowany jest ze szczególnym uwzględnieniem optymalnego doboru elementów pod kątem uzyskania maksymalnej efektywności (jak największego współczynnika COP - określającego stosunek energii oddanej przez pompę ciepła do pobranej). Staranny dobór głównych elementów konstrukcyjnych pompy ciepła: wymienników ciepła (parownika i skraplacza), oraz sprężarki, umożliwia uzyskanie bardzo wysokiej efektywności całorocznej układu. Otrzymanie wysokiej efektywności termodynamicznej pomp ciepła ECO możliwe jest pod warunkiem optymalnego dobrania dolnego źródła (o jak najwyższej temperaturze czynnika), oraz zastosowania niskotemperaturowego systemu ogrzewania domu. Znane są realizacje instalacji ogrzewania domów, gdzie całoroczny koszt energii elektrycznej zużytej do zasilania pompy ciepła (c.o. i c.w.u.) wynosi ok. 1100 zł (brutto)

• Bardzo niskie koszty eksploatacji: niższe koszty ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej, niż w przypadku systemów ogrzewania: gazowego, olejowego lub elektrycznego

• Bezpieczeństwo: brak spalin, brak łatwopalnych mediów

• Bezobsługowość: pompa ciepła nie wymaga (poza energią elektryczną) dostarczania paliwa, a całość pracy kontrolowana jest przez wbudowany sterownik

• Ekologia: najwyżej 25% energii potrzebnej do pracy pobierane jest z sieci elektrycznej (reszta to w pełni odnawialna energia zakumulowana w ziemi)

• Komfort i wygoda w użyciu: możliwość zadawania wielu parametrów związanych z pracą pompy ciepła: programowanie zmian temperatury pomieszczeń i ciepłej wody użytkowej - tzw. system obniżeń)

• Możliwość chłodzenia pomieszczeń: za pomocą pompy ciepła lub tylko jej dolnego źródła

• Długa żywotność eksploatacyjna: ponad 15 - 20 lat

Względne koszty wytworzenia jednostki energii cieplnej z poszczególnych źródeł (nośników) energii przedstawione są na poniższym wykreksie.

Uwaga! Przedstawione koszty są kosztami skalkulowanymi w oparciu o średnie ceny nośników ze stycznia 2004 roku. Rzeczywiste ceny wytworzenia 1GJ energii cieplnej mogą się różnić od tych przedstawionych z uwagi na sezonowe i lokalne różnice cen nośników energii oraz z uwagi na różne sprawności poszczególnych urządzeń grzewczych, w tym efektywności systemów grzewczych z pompami ciepła.

Kolejny wykres przedstawia zakumulowane koszty ogrzewania, czyli sumę kosztów inwestycyjnych i kosztów eksploatacyjnych ponoszonych w poszczególnych latach. Punkty przecięcia prostej wykreślonej dla pompy ciepła z prostymi dla poszczególnych systemów ogrzewania, obrazują okres zwrotu nakładów inwestycyjnych poniesionych na instalację grzewczą z pompą ciepła.

SPRĘŻARKA

Sprężarkowa pompa ciepła działa identycznie jak klasyczne sprężarkowe urządzenia chłodnicze, czyli lodówki. Inny jest tylko sposób zagospodarowania uzyskiwanego ciepła i “zimna”. W pompie ciepła parownik służy do pozyskiwania, przy niskiej temperaturze, ciepła z otoczenia. W skraplaczu to samo ciepło oddawane jest, przy wyższej temperaturze, do ogrzewanego medium. “Transport ciepła” od niższej do wyższej temperatury realizowany jest w zamkniętym obiegu termodynamicznym, w którym krąży w sposób ciągły czynnik roboczy, będący nośnikiem energii cieplnej. Podlega on następującym po sobie przemianom termodynamicznym, stanowiącym zamknięty lewobieżny obieg termodynamiczny. Sprężarka pompy ciepła zasysa pary czynnika chłodniczego z parownika przy niskim ciśnieniu (około od 3 bar do 6 bar) i temperaturze (około od -5 °C do 5 °C) i spręża do wysokiego ciśnienia (około 25 bar) i temperatury (około 90 °C). Za sprężarką pary czynnika są przegrzane. Pary te są skraplane w skraplaczu, oddając ciepło przy temperaturze około 60 °C wodzie lub powietrzu wykorzystywanemu do grzania. Skroplone pary czynnika chłodniczego są dławione w zaworze rozprężnym do niskiego ciśnienia i temperatury panującej w parowniku. W parowniku ciecz czynnika chłodniczego odparowuje, przy czym ciepło potrzebne do parowania pobiera z obiegu dolnego źródła. “Pompowanie ciepła” odbywa się kosztem energii elektrycznej zużywanej przez sprężarkę. O efektywności transformacji ciepła (stosunek ilości energii cieplnej uzyskanej w skraplaczu pompy do ilości energii doprowadzonej do napędu sprężarki), decyduje różnica między temperaturami górnego i dolnego źródła. Mniejsza różnica powyższych temperatur gwarantuje wyższą efektywność pracy pompy ciepła. Dlatego też, pompa ciepła najefektywniej pracuje w układach grzewczych niskotemperaturowych (w których dla uzyskania temperatury komfortu w pomieszczeniach wystarczająca jest temperatura zasilania instalacji C.O. rzędu 35 °C ÷ 45 °C, przy współpracy z dolnym źródłem ciepła o temperaturze nie niższej niż około 0 °C. O efektywności pracy pompy ciepła mówi tzw. współczynnik efektywności (COP), określający stosunek energii cieplnej uzyskanej (Q_k) do energii elektrycznej pobranej przez silnik sprężarki (P_e). Pompa ciepła jest nowoczesnym, ekologicznym, tanim w eksploatacji i w pełni bezobsługowym urządzeniem, które samodzielnie może ogrzewać dom i zapewnić ciepłą wodę użytkową C.W.U.  Zasadę budowy i działania pompy ciepła obrazuje poniższy rysunek:

1. przegrzane pary czynnika chłodniczego o wysokim ciśnieniu
   2 - skraplanie czynnika chłodniczego w wymienniku
   3 - dochłodzona ciecz czynnika chłodniczego o wysokim ciśnieniu
   4 - rozprężony czynnik chłodniczy o niskim ciśnieniu
   5 - odparowanie czynnika chłodniczego w parowniku
   6 - przegrzane pary czynnika chłodniczego o niskim ciśnieniu
   7 - powrót wody z instalacji grzewczej
   8 - podgrzewanie wody przez oddający ciepło skraplający się czynnik
   9 - zasilanie instalacji podgrzaną w pompie ciepła wodą
   10 - "ciepła" ciecz z obiegu dolnego źródła
   11 - chłodzenie cieczy poprzez odparowywujący czynnik chłodniczy
   12 - schłodzona w pompie ciepła ciecz obiegu dolnego źródła

DOLNE ŹRÓDŁO CIEPŁA

Ważnym elementem instalacji pompy ciepła jest tzw. dolne źródło, czyli układ, z którego pompa ciepła pobiera energię cieplną.
Dolne źródło ciepła powinno charakteryzować się:

odpowiednim przepływem medium,

• dużą pojemnością cieplną,

• możliwie stałą i wysoką temperaturą,

• brakami zanieczyszczeń mogących powodować korozję elementów lub powstawanie osadów,

• łatwą dostępnością i niskimi kosztami instalacji służącej do pozyskiwania i transportu ciepła.

		Układ woda/woda w postaci dwóch studni głębinowych.
		Układ glikol/woda w postaci pionowego wymiennika gruntowego.
		Układ glikol/woda w postaci poziomego wymiennika spiralnego.
		Układ glikol/woda w postaci poziomego wymiennika równoległego.

Układ dwóch studni wierconych pozwala na bezpośredni odzysk ciepła zawartego w wodzie gruntowej. Woda, o średniorocznej temperaturze ok. 8 °C, pobierana z jednej studni, przepływa przez parownik pompy ciepła, w którym zostaje ochłodzona. Następnie ta sama ilość wody (ok. 0,25 m³/h na 1 kW mocy chłodniczej) zostaje ponownie oddana do złoża, poprzez drugą studnię zwaną zrzutową. Inwestor powinien przeanalizować możliwość wykonania powyższego układu, mając na uwadze m.in. fakt, że pozyskiwanie ciepła z wody gruntowej zapewnia wysoką sprawność pompy ciepła, a także umożliwia wykorzystanie części wody do celów sanitarnych. Istotnym ograniczeniem w stosowaniu tego rozwiązania może być jakość wody i głębokość jej występowania. Woda ze studni nie może zawierać dużych ilości związków żelaza i manganu. Związki te w trakcie przepływu wytrącają się w postaci osadów i zatykają studnię zrzutową. Ujęcie musi zapewniać odpowiednią ilość wody dla pompy ciepła przez kilkanaście godzin na dobę. Wykonawcom studni należy na to zwrócić szczególną uwagę. W celach poboru i zrzutu wody najlepiej korzystać ze studni głębinowych. Możliwe jest korzystanie ze studni tradycyjnych lub ze studni umieszczonych w bezpośredniej bliskości rzeki lub zbiornika wodnego. Zrzut wody powinien następować do drugiej studni oddalonej o ok. 20 m od studni poboru wody. Studnia chłonna powinna mieć parametry takie jak studnia poboru wody. W przypadku poboru wody ze studni umieszczonej w pobliżu zbiornika wodnego (woda ze zbiornika wodnego), zrzut może odbywać się do tego zbiornika. Temperatura wody z ujęcia nie może być niższa niż +4 °C. Wówczas schłodzenie wody w pompie ciepła może wynosić maks. 2K. Należy jednak wówczas dysponować dwukrotnie większą wydajnością ujęcia ( 0,5 m³/h na 1 kW Q_o) oraz dwukrotnie wyższą wydajnością pompy wodnej. W praktyce wystarczy gdy temperatura wody z ujęcia nie będzie niższa od +6 °C. Układ ten jest praktyczny wówczas, gdy wysokie są: poziom wód gruntowych oraz lustro wody. W takim przypadku koszty wykonania studni i pompowania wody są niewielkie. W innym przypadku może się okazać, iż moc pobierana przez pompę wodną w układzie dolnego źródła stanowi znaczną część mocy pobieranej przez samą pompę ciepła, co wpłynie na obniżenie ogólnej efektywności systemu pomimo wysokiej w tym układzie sprawności samej pompy ciepła.

			ZALETY:	WADY:
			- wysoka sprawność pompy ciepła,	- mała przewidywalność
			- możliwe do uzyskania niskie koszty wykonania,	- duża zawodność, szczególnie jeśli chodzi o zrzut wody
			- mała dewastacja terenu,	- konieczność okresowego płukania studni
		- możliwe wysokie koszty pompowania wody




Pionowy gruntowy wymiennik ciepła wykonuje się z rur polietylenowych w kształcie U-rury, umieszczonych w pionowych odwiertach połączonych szeregowo lub równolegle. Do wykonania wymiennika gruntowego należy stosować rurę PE wodociągową o średnicy 32 mm lub 40 mm. Odcinki pionowe rury należy połączyć przez zgrzewanie kolanem 180°. W zależności od lokalnych warunków terenowych, głębokość odwiertów wynosić może od 18 do 100 m. Głębokość otworów uzależniona jest od ich ilości, siatki rozstawu oraz rodzaju gleby. Dla przybliżonych obliczeń można przyjąć głębokość otworu równą od 20 m do 25 m na jeden kilowat mocy chłodniczej pompy ciepła, a rozstaw pomiędzy otworami od 3 m do 5 m . W przypadku szeregowego łączenia poszczególnych odwiertów, pomiędzy odwiertami należy wykonać odpowietrzniki w postaci rur o średnicy 3/8" lub 1/2", wyprowadzone do pomieszczenia kotłowni. W przypadku układu szeregowego odległość minimalna pomiędzy odwiertami wynosi 3 m, natomiast w przypadku rozmieszczenia "w kwadracie" należy zachować odległość od 5 m do l0 m. Dłuższe wymienniki (powyżej 300 m) należy wykonywać z kilku odcinków połączonych równolegle, z możliwością odcinania i kryzowania poszczególnych odcinków (należy w tym celu wykonać odpowiednie kolektory: zasilający i powrotny). Końce wymiennika należy wprowadzić do pomieszczenia z pompą ciepła. Zaleca się jednak, aby rury z każdego odwiertu były wprowadzone do wnętrza budynku i połączone równolegle poprzez kolektory z możliwością odcinania poszczególnych odwiertów. Przejście przez fundament lub ścianę budynku należy wykonać poprzez rurę osłonową. Rury wymiennika powinny być zaizolowane termicznie do odległości min. 1 m od fundamentu budynku. Odwierty, wraz z ułożeniem rury powinna wykonywać specjalistyczna firma.

		ZALETY:	WADY:
		- dość wysoka efektywność pompy ciepła pracującej z tym typem dolnego źródła,	- wysokie koszty wykonania,
		- stosunkowo mała dewastacja terenu oraz mała wymagana powierzchnia gruntu,
		- znikome powierzchniowe przechłodzenie gruntu nad wymiennikiem,
		- niskie opory hydrauliczne i związane z tym niskie koszty pompowania glikolu,





Spiralne wymienniki gruntowe są odmianą wymienników poziomych. Rury polietylenowe o średnicy 32 mm lub 40 mm dostarczane są zazwyczaj w kręgach. Cechę tę wykorzystuje się przy układaniu rur wymiennika spiralnego, które układa się na głębokości ok. 20 cm poniżej strefy przemarzania (od 1,6 m do 2 m) w poziomych szerokich rowach o szerokości min. 1 m i długości min. 15 m dla jednej spirali. Zaleca się aby w jednym rowie układać od 120 do 200 m rury PE w postaci spirali, rozciągając krąg z rurą w wykonanym wykopie. W zależności od wilgotności gleby i jej struktury, z 1 mb rowu można otrzymać około 100 watów mocy, co oznacza, że spirala o długości ok. 150 m ułożona w rowie o szerokości 1m i długości 15 mb., może zaspokoić potrzeby na około 1500 watów mocy chłodniczej pompy ciepła. Poszczególne spirale (wykopy) powinny być oddalone o co najmniej 3 m od siebie, a zalecana odległość wynosi 5 m. Powierzchnia wymiennika jest uzależniona od typu pompy ciepła, warunków gruntowych i powinna być każdorazowo konsultowana z producentem pompy ciepła. Rury łączy się przez zgrzewanie, przy czym miejsca połączeń powinny być dostępne po zasypaniu kolektora (np. poprzez wykonanie studzienek rewizyjnych lub łączenie wewnątrz budynku). Poszczególne spirale należy połączyć równolegle, z możliwością odcinania i kryzowania poszczególnych odcinków (należy w tym celu wykonać odpowiednie rozdzielacze: zasilający i powrotny). Końce wymiennika należy wprowadzić do pomieszczenia z pompą ciepła. Przejście przez fundament lub ścianę budynku należy wykonać poprzez rurę osłonową. Rury wymiennika powinny być zaizolowane termicznie otuliną, do odległości min. 1 m od fundamentu budynku. Wymiennik, po ułożeniu rur w wykopach, należy poddać próbie szczelności wodą (ciśnienie próbne 3 bar). W przypadku pozytywnego wyniku próby, wykopy można zasypać, a wymiennik wypełnić cieczą niezamarzającą, np. wodnym roztworem glikolu.

ZALETY:	WADY:
- niskie koszty wykonania,	- niska efektywność pompy ciepła pracującej z tym typem dolnego źródła,
- możliwość wykonania dużej części robót we własnym zakresie,	- duża powierzchnia zajmowanego gruntu i duża dewastacja terenu,
- łatwość wykonania,	- duże przechłodzenie poziome gruntu utrudniające wegetację roślin,
- małe opory hydrauliczne, a więc i niskie koszty pompowania glikolu,

W przypadku poziomych wymienników gruntowych rury układa się na głębokości od 1,4 m do 2 m w poziomych rowach. W zależności od będącej w dyspozycji powierzchni działki stosuje się różne konfiguracje wymiennika poziomego. W przypadku układania w pojedynczym wykopie więcej niż jednego ciągu rury wymiennika, pionowy i poziomy odstęp pomiędzy rurami nie powinien być mniejszy niż 30 cm, a odległość optymalna wynosi 60 cm. W zależności od wilgotności gleby i jej struktury, ilość rur, którą należy zakopać w ziemi, wynosi od 30 m/kW do 50 m/kW mocy grzewczej pompy ciepła. Długość wymiennika jest uzależniona od typu pompy ciepła, warunków gruntowych i powinna być każdorazowo konsultowana z producentem pompy ciepła. Do wykonania wymiennika gruntowego należy stosować rurę PE wodociągową o średnicy od 32 mm do 63 mm w zależności od długości wymiennika. Rury umieszczać należy od 20 cm do 50 cm poniżej granicy przemarzania gruntu (dla danej strefy klimatycznej na głębokości od 1,4 m do 2,0 m). Rury należy także układać w podziałce min 1 m. Rury łączy się przez zgrzewanie, przy czym miejsca połączeń powinny być dostępne po zasypaniu kolektora (np. poprzez wykonanie studzienek rewizyjnych lub łączenie wewnątrz budynku). Przy krótszych wymiennikach do 200 m, rura powinna być zakopana w jednym odcinku, bez połączeń. Dłuższe wymienniki (powyżej 200 m) należy wykonywać z kilku odcinków (po ok. 200 m), połączonych równolegle, z możliwością odcinania i kryzowania poszczególnych odcinków (należy w tym celu wykonać odpowiednie rozdzielacze: zasilający i powrotny). Końce wymiennika należy wprowadzić do pomieszczenia z pompą ciepła. Przejście przez fundament lub ścianę budynku należy wykonać poprzez rurę osłonową. Rury wymiennika powinny być zaizolowane termicznie otuliną, do odległości min. 1m od fundamentu budynku. Wymiennik, po ułożeniu rur w wykopach, należy poddać próbie szczelności wodą (ciśnienie próbne 3 bar). W przypadku pozytywnego wyniku próby, wykopy można zasypać, a wymiennik wypełnić cieczą niezamarzającą, np. wodnym roztworem glikolu.

		ZALETY:	WADY:
		- brak konieczności stosowania specjalistycznego sprzętu,	- niska efektywność pompy ciepła pracującej z tym typem dolnego źródła,
		- możliwość wykonania dużej części robót we własnym zakresie,	- duże opory hydrauliczne i związane z tym duże koszty pompowania glikolu,
		- łatwość wykonania,	- duża powierzchnia zajmowanego gruntu i duża dewastacja terenu,
			- duże schłodzenie poziome gruntu utrudniające wegetację roślin,







GÓRNE ŹRÓDŁO CIEPŁA

Górne źródło ciepła jest to układ (instalacja grzewcza), do którego pompa ciepła oddaje energię cieplną. Energia cieplna może być przekazywana do ogrzewanego obiektu za pomocą powietrza lub wody. W tym drugim przypadku, będąca nośnikiem ciepła woda, krążyć może w instalacji ogrzewania radiatorowego (grzejnikowego), podłogowego lub ściennego. W przypadku pomp ciepła ważne jest, by można było zasilać instalację grzewczą wodą o jak najniższej temperaturze. Zapewnia to wysoką efektywność pracy pompy ciepła. Dla pompy ciepła najkorzystniejszym typem górnego źródła jest podłogowe lub ścienne ogrzewanie wielkopłaszczyznowe, typowo zasilane wodą o niskiej temperaturze (do 45 °C). Ogrzewanie takie znaczną część ciepła oddaje przez promieniowanie; co oprócz komfortowego odczuwania ciepła i braku krążenia kurzu, pozwala zmniejszyć o 2 - 3 stopnie temperaturę w pomieszczeniu bez utraty odczucia komfortu cieplnego. Przy współpracy pompy ciepła z grzejnikami, należy pamiętać o tym, aby instalacja była przeliczona na maksymalną temperaturę wody zasilającej 55 °C. Można to uzyskać poprzez rozbudowanie powierzchni grzejników lub zastosowanie droższych, ale zajmujących mniej miejsca klimakonwektorów. Pompa ciepła ogrzewa także ciepłą wodę użytkową (C.W.U.). Teoretyczna maksymalna temperatura C.W.U., jaką jest w stanie przygotować pompa ciepła, wynosi ok. 53 °C. W praktyce wartość tej temperatury zależy od efektywności układu wymiennikowego C.W.U. i waha się ona w granicach od 43 °C do 50 °C. Dla mniejszych jednostek (do 10 kW mocy grzewczej) można stosować zbiorniki z wewnętrznymi wymiennikami ciepła (wężownicami). Dla pomp ciepła o większych mocach zaleca się stosowanie wymienników płytowych w typowym dla nich układzie pracy.

Pompa ciepła jest 3-fazowym odbiornikiem prądu o znacznej mocy. Głównym elementem obciążającym sieć jest sprężarka pompy ciepła. W obliczeniach instalacji elektrycznej należy uwzględnić moc pompy ciepła.
Instalacja elektryczna w budynku powinna być przygotowana pod zamontowanie pompy ciepła. Do pomieszczenia, w którym znajduje się pompa ciepła powinna być poprowadzona, bezpośrednio z rozdzielnicy głównej, linia wlz. Przekrój przewodu zasilającego powinien być dobrany w taki sposób, aby łączne obciążenie spowodowane pompą ciepła oraz urządzeniami peryferyjnymi (pompy obiegowe, podgrzewacze elektryczne, grzałki), nie powodowały przekroczenia długotrwałego dopuszczalnego obciążenia prądowego ułożonego przewodu w danych warunkach jego pracy. W przypadku znacznej długości przewodu zasilającego pompę ciepła należy uwzględnić w doborze jego przekroju także spadek napięcia na tym przewodzie wywołany znacznym prądem rozruchowym sprężarki pompy ciepła.
Wewnętrzna linia zasilająca pompę ciepła powinna być zabezpieczona w rozdzielnicy głównej wyłącznikiem nadprądowym o charakterystyce "C" i prądzie znamionowym odpowiednim dla danej pompy ciepła i urządzeń peryferyjnych. Niestety w budynkach jednorodzinnych często zachodzi trudność w uzyskaniu selektywności działania zabezpieczeń w linii "przyłącze - rozdzielnica główna - zabezpieczenie sprężarki w pompie ciepła". W takim przypadku zabezpieczenie w rozdzielnicy głównej powinno być dobrane tak, aby uzyskać selektywność w stosunku do poprzedzającego go zabezpieczenia znajdującego się w przyłączu.
Pompa ciepła ECO dokonuje pomiaru wielu temperatur w celu optymalizacji swojego algorytmu pracy. Pomiar dwóch z tych temperatur wymaga poprowadzenia w budynku przewodów sygnałowych. Jeden z tych przewodów należy poprowadzić z pomieszczenia gdzie ma się znajdować pompa ciepła do czujnika temperatury w pomieszczeniu reprezentatywnym (salon, hall), w którym mierzona będzie temperatura wewnętrzna budynku. Drugi przewód, umożliwiający pomiar temperatury zewnętrznej, należy poprowadzić z pomieszczenia, w którym ma być zainstalowana pompa ciepła, do czujnika umieszczonego na zewnątrz budynku, na jego północnej ścianie.

    Pompy ciepła produkcji szwedzkiej firmy IVT przekształcają energię słoneczną zgromadzoną w ziemi, w wodzie lub w podłożu skalnym w ciepło do ogrzania domu. Ten system produkcji energii jest całkowicie bezpieczny i niezawodny. Z pompą ciepła IVT możesz mieć swój udział w ochronie środowiska naturalnego, ponieważ nie emituje ona zanieczyszczeń do atmosfery. System nie wymaga budowy komina. Ponadto pompy ciepła to źródło taniej energii cieplnej.
    Ciepło z ziemi pobierane jest przez czynnik roboczy (który cyrkuluje w poziomym wymienniku ciepła) i dostarczane jest do pompy ciepła. Tam jego temperatura jest podwyższana i dalej wykorzystywana do ogrzewania i produkcji CWU. Pompa ciepła dostarcza kilkakrotnie więcej więcej energii niż pobiera. Dostarczony 1kW energii elektrycznej jest przetwarzany na trzu do sześciu kW energii cieplnej. Pompa cieplna z poborem energii z gruntu, podłoża skalnego, powietrza lub wody jest urządzeniem wytwarzającym energię cieplną dla twojego domu nawet w najzimniejsze dni roku.

---